使用過程中產(chǎn)生的缺陷和損傷

一、腐蝕

設(shè)備在運行過程中，在金屬與介質(zhì)（如水、汽等）交界面上的化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)會產(chǎn)生腐蝕而損壞金屬。

1、應(yīng)力腐蝕

在拉應(yīng)力與特定腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用下而引起的低應(yīng)力脆性斷裂稱為應(yīng)力腐蝕。不論塑性材料和脆性材料都可能產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕。與單純應(yīng)力或單純腐蝕引起的破壞不同，應(yīng)力腐蝕可能會在低應(yīng)力或弱腐蝕性介質(zhì)中發(fā)生，事先往往沒有明顯的變形預(yù)兆而突發(fā)脆性斷裂，危害很大。

產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕有特定的條件，即存在拉應(yīng)力（外加的或殘余的）、與材料種類相匹配的特定的腐蝕環(huán)境、材料本身對應(yīng)力腐蝕的敏感性。應(yīng)力腐蝕裂紋發(fā)生在與腐蝕介質(zhì)接觸的表面，大尺寸應(yīng)力腐蝕裂紋可以用目視、射線或超聲方法檢出，較小裂紋可用磁粉或滲透法發(fā)現(xiàn)，更微小的裂紋須用金相法檢驗。使用兩相不銹鋼（奧氏體+少量鐵素體）是解決不銹鋼應(yīng)力腐蝕的有效措施。

2、晶間腐蝕

晶間腐蝕是奧氏體不銹鋼常見的破壞形式。

奧氏體不銹鋼在450~850℃的溫度范圍內(nèi)（稱為奧氏體不銹鋼的敏化區(qū)），如焊縫及熱影響區(qū)，容易產(chǎn)生晶間腐蝕。雖然從外表看不出與正常鋼材有什么不同，但是，在腐蝕介質(zhì)作用下，晶間迅速溶解，被腐蝕的晶間失去強度，并不斷深入，完全破壞了晶粒之間的聯(lián)系，晶間腐蝕在應(yīng)力作用下會迅速產(chǎn)生晶間斷裂。例：奧氏體不銹鋼焊接時，工件被加熱，碳和鉻從奧氏體晶粒內(nèi)部向晶界擴散，并在晶界上生成碳化鉻（一般為Cr4C），致使晶界產(chǎn)生“貧鉻”現(xiàn)象。當(dāng)晶界的鉻含量下降到13%以下時，就失去了防腐作用，在腐蝕介質(zhì)作用下，晶界會被迅速腐蝕，即產(chǎn)生“晶間腐蝕”。

防止晶間腐蝕方法：

（1）穩(wěn)定化處理：加入穩(wěn)定化元素（如合金元素鈦Ti或鈮Nb），減少形成碳化鉻的可能性。將含有鈦和鈮的奧氏體不銹鋼加熱到850~900℃，保溫，快冷，使碳全部固定在碳化鈦和碳化鈮中，以防止晶間腐蝕。

（2）固溶處理：把奧氏體不銹鋼加熱到1050~1100℃，使碳在奧氏體中固溶，保溫一定時間，然后快冷至427℃以下。使鋼材具有好的韌性、耐腐蝕性和高溫性能。

（3）減少焊縫中的含碳量：可以減少和避免形成鉻的碳化物，從而降低形成晶間腐蝕的傾向。超低碳（≤0.04%C)不銹鋼晶間腐蝕的傾向非常小。

（4）工藝措施：控制在危險溫度區(qū)（450～850°C敏化區(qū)）的停留時間，防止過熱，快焊快冷，使碳來不及析出。

3、點腐蝕

奧氏體不銹鋼的點腐蝕是一種局部腐蝕，在含離子Cl－、Br－的介質(zhì)中產(chǎn)生。增加Cr、Mo、Ni元素的含量可以提高奧氏體不銹鋼的抗點腐蝕性能。

4、腐蝕防護的四大途徑

改變材料本身：鉬（Mo)4%－6%，鈦(Ti)

表面保護：化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，有機涂層，電鍍，化學(xué)鍍等

改變腐蝕介質(zhì)：緩蝕劑，氮氣，無氧水，聯(lián)氨等

電化學(xué)保護

二、疲勞

構(gòu)件在交變載荷的長時間作用下發(fā)生失效的現(xiàn)象稱為疲勞。它是工程結(jié)構(gòu)上普遍和嚴重的失效形式。構(gòu)件的疲勞破壞一般分為裂紋萌生、疲勞擴展、瞬時斷裂等幾個階段。構(gòu)件承受交變載荷的每一循環(huán)之后，金屬局部就積累一定數(shù)量的微觀缺陷，累計到一定程度就會萌生疲勞裂紋，裂紋隨著交變載荷慢慢擴展，最后破壞。

高周疲勞：作用于零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平較低，破壞循環(huán)次數(shù)一般高于10⁴～10⁵的疲勞，彈簧、傳動軸等的疲勞屬此類。

低周疲勞：作用于零件、構(gòu)件的應(yīng)力水平較高，破壞循環(huán)次數(shù)一般低于10⁴～10⁵的疲勞，如壓力容器、燃氣輪機零件等。

腐蝕疲勞：構(gòu)件在有腐蝕性介質(zhì)中承受疲勞負荷。腐蝕疲勞在交變應(yīng)力和腐蝕的組合作用下，比任何一種單一作用的損害要嚴重。它會加速疲勞裂紋的萌生和擴展。

三、沖蝕、氣蝕和流動加速腐蝕

沖蝕：由于固體、液體或者氣體向固體表面不斷進行動態(tài)撞擊導(dǎo)致表面被磨去的現(xiàn)象。例如：氣輪機的葉片被凝結(jié)的水滴撞擊；冷凝器的管段受到蒸氣的沖蝕；彎管處所受的水流的沖蝕。

氣蝕：由于流動液體中的氣泡撞擊破裂形成的振動波所引起固體表面局部磨損的現(xiàn)象，這也是一種常見的磨損現(xiàn)象。如一些泵和閥門的氣蝕。

流動加速腐蝕（FAC）：腐蝕性的介質(zhì)流體，在局部形成湍流，大大加快了氧化膜的溶解和化學(xué)、電化學(xué)反應(yīng)的速度，使局部腐蝕迅速加快的現(xiàn)象。由于的管路中水的湍流普遍存在，流動加速腐蝕在核電站也較普遍。上述三種現(xiàn)象往往在水、汽管路系統(tǒng)中存在，在不同的條件下，其中某種現(xiàn)象可能起主要作用，其結(jié)果是管壁的減薄。

四、過載

承受疲勞負荷的構(gòu)件，在運行過程中，其工作應(yīng)力偶爾會有超過材料疲勞極限的過載運行現(xiàn)象，如急剎車，啟動等。如果過載不大，只導(dǎo)致引進殘余壓縮應(yīng)力或形變強化，則沒有問題。也可以認為是在一定過載后，未能引發(fā)材料內(nèi)部的所謂非擴展性的始裂紋達到擴展性裂紋的臨界尺寸，此過載對材料的疲勞性能不起什么影響，此構(gòu)件的使用壽命不會減少。如果過載不當(dāng)，會造成過載損傷，降低材料的疲勞極限，導(dǎo)致構(gòu)件的使用壽命大大減少。過載損傷可以認為是由于引發(fā)了非擴展性的始裂紋達到了擴展性裂紋的臨界尺寸，使此裂紋在過載后的恒載運行中不斷擴展導(dǎo)致失效斷裂。

五、脆性斷裂

在工程上造成斷裂的原因很復(fù)雜，影響斷裂的因素很多，如材質(zhì)、缺陷、應(yīng)力狀態(tài)、殘余應(yīng)力、工作環(huán)境等。同時，從不同的角度可以把斷裂分成許多類型：按斷裂前金屬在宏觀上能貢獻的延性或韌性的大小來分。凡是延性或韌性很小的叫脆性斷裂，反之則叫延性或韌性斷裂。按斷裂過程在金屬內(nèi)部所經(jīng)歷的途徑可分為穿晶斷裂和沿晶斷裂。穿晶斷裂在宏觀上可表現(xiàn)為脆性斷裂，如解理斷裂，也可表現(xiàn)為延性斷裂，如微孔聚集型斷裂。沿晶斷裂一般表現(xiàn)為脆性斷裂，如回火脆、多數(shù)的氫脆、應(yīng)力腐蝕開裂等按機理狀態(tài)還可分為解理斷裂和微孔聚集型斷裂。解理斷裂是金屬晶體沿著其特定的結(jié)晶平面（解理面）的分裂，是脆性的穿晶斷裂。微孔聚集型斷裂表現(xiàn)為延性。金屬的脆性斷裂和裂紋前端的應(yīng)力集中引起的裂紋擴展有關(guān)，也和斷裂時的溫度與變形速度有關(guān)，溫度越低，變形速度越快，脆性傾向越大。金屬材料本身的性能對斷裂的脆性傾向起著重要作用。工程上反映脆性斷裂傾向的機械性能指標(biāo)有很多，如：斷裂力學(xué)指標(biāo) K1c；動態(tài)斷裂試驗指標(biāo)ak和TNDT。

六、蠕變

金屬材料長時間在高溫下承受載荷時，即使應(yīng)力遠小于屈服極限，但也會逐漸產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致形狀和尺寸變化，這種現(xiàn)象稱為蠕變。當(dāng)金屬材料溫度高于0.3～0.4T（材料熔點）時，可產(chǎn)生蠕變。

七、磨損

在摩擦作用下使機件表面發(fā)生物質(zhì)消耗和尺寸變化，稱為磨損。